CN105112076B - 一种煤气直接加热的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤气直接加热的系统及方法，该系统包括用于预热空气的焚烧炉和至少1个燃烧蓄热加热炉；利用半焦燃烧产生热量，在将其作为蓄热体，将煤气通入燃烧蓄热加热炉内，利用高温半焦与煤气发生热交换对煤气进行加热，其原料半焦来自籽煤热解自身产生的，而且加热后的煤气作为气体热载体热解籽煤，能源利用率高而且运行成本较低，本发明的工艺方法简单，利用空气助燃保证半焦燃烧充分，自身产生煤气，再利用蒸汽置换炉体内的氧气，保证炉体内氧含量低，有效降低爆炸风险，保证系统安全稳定运行，还可以设置多台燃烧蓄热加热炉，保证煤气加热的连续性。

Description

一种煤气直接加热的系统及方法

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，具体涉及一种利用热解自身生产半焦燃烧后作为蓄热体直接加热循环煤气的系统及方法。

背景技术

高挥份烟煤和褐煤梯级分质利用是洁净煤化工的一个重要途径，煤热解是煤分级利用的重要环节。煤矿随着机械化程度提高粉煤占比增大，在粉煤中3-30mm的籽煤占75％左右。籽煤热解工艺较为简单，没有复杂的荒煤气除尘工艺的制约，容易实施。目前籽煤热解工艺采用煤气燃烧后的高温烟气热解，致使煤气中氮气含量较高，后续利用能耗高，如果用热解后自身煤气加热后作为气体热载体热解籽煤，煤气的热值高、油收率高。煤热解的温度基本在500-800℃之间，采用换热器直接换热加热煤气设备庞大，换热管材质要求高，在高温区煤气加热较为困难。目前普遍采用蓄热式直接加热的方式，首先燃烧燃气加热蓄热体，然后切换煤气，用蓄热体的热量加热煤气，通过俩台设备切换来完成，该工艺的不足之处需要把热解自身产的煤气烧掉，成本较高。如果改用燃煤烟气加热蓄热体，粉尘会堵塞蓄热体的孔道，同时无法保证烟气中的氧含量在爆炸极限之内，风险较大。

发明内容

本发明目的之一是提供一种利用热解自身生产半焦燃烧后作为蓄热体可直接对循环煤气加热且结构设计简单、安全性高的煤气直接加热的系统。

本发明目的之二是提供一种用上述系统实现循环煤气加热且运行成本低、可实现连续性生产的煤气加热方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种煤气直接加热的系统，包括用于预热空气的焚烧炉和至少1个燃烧蓄热加热炉；

上述燃烧蓄热加热炉的顶部进料口通过管道与块煤排料管道连通、烟气出口分别通过安装在烟气管道上的烟气控制阀与焚烧炉的烟气入口连通、通过安装在煤气管道上的煤气进气阀与低温煤气管道连通，该燃烧蓄热加热炉的底部通过安装在管道上的空气控制阀与焚烧炉的空气出口连通、通过安装在管道上的蒸汽控制阀与蒸汽管道连通、通过安装在煤气排放管上的煤气排气阀与高温煤气排放管连通；

上述高温煤气排放管通过煤气调节阀与低温煤气管道连通。

上述每个燃烧蓄热加热炉包括炉体，在炉体的顶部加工有进料口和烟气出口，在进料口上安装有自动加焦机，在炉底中心加工有气体流通口，在气体流通口上安装有气体流通管道，在炉底上设置有旋转式灰盘，在旋转式灰盘的下方炉底两侧设置有灰斗。

在炉体下侧壁上设置有破渣条，破渣条在炉体内沿着圆周方向平均分布，以防止灰渣结团。

上述燃烧蓄热加热炉是并列连接的2～4台。

一种用上述系统实现煤气加热的方法，由以下步骤实现：

(1)关闭煤气通路和蒸汽通路，打开空气通路，向燃烧蓄热加热炉中鼓入预热的空气助燃，使炉内的半焦燃烧至温度达到900～1000℃；

(2)断开空气通路，打开蒸汽通路，向燃烧蓄热加热炉炉内排入蒸汽，利用蒸汽与炉内氧气置换，将氧气随着烟气从炉顶排出，在焚烧炉内燃掉可燃成分后排出，直至烟气出口处的氧含量小于出口气体体积数的1.5％，完成置换；

(3)关闭蒸汽通路和空气通路，打开煤气通路，向燃烧蓄热加热炉炉内输入低温煤气，利用炉内的高温半焦作为蓄热体对低温煤气直接加热，使低温煤气变成高温煤气从炉体内排出；

(4)换热后的高温煤气从燃烧蓄热加热炉排出后与低温煤气混合，利用低温煤气调节其温度，使其降温后排出。

上述燃烧蓄热加热炉是并列连接的2～4台，并采用连续式运行方式。

本发明的煤气直接加热的系统是在燃烧蓄热加热炉内利用半焦燃烧产生热量，在将其作为蓄热体，将煤气通入燃烧蓄热加热炉内，利用高温半焦与煤气发生热交换对煤气进行加热，其原料半焦来自籽煤热解自身产生的，而且加热后的煤气作为气体热载体热解籽煤，能源利用率高而且运行成本较低，本发明的工艺方法简单，利用空气助燃保证半焦燃烧充分，自身产生煤气，再利用蒸汽置换炉体内的氧气，保证炉体内氧含量低，有效降低爆炸风险，保证系统安全稳定运行，还可以设置多台燃烧蓄热加热炉，保证煤气加热的连续性。

附图说明

图1为实施例1的工艺流程图。

图2为图1的燃烧蓄热加热炉2的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图与实施例对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。

实施例1

由图1可知，本实施例的煤气直接加热的系统是由焚烧炉1和第一燃烧蓄热加热炉2、第二燃烧蓄热加热炉3通过管道和各控制阀门连接构成。

本实施例的焚烧炉1主要是用于对空气预热并可燃掉烟气中的可燃性气体，该焚烧炉1包括有空气入口、烟气入口、空气出口以及烟气出口，其空气入口与空气管道连通，将界外空气引入系统内，烟气出口通过管道与界外的烟气除尘系统连通，空气出口和烟气入口分别通过管道与2台燃烧蓄热加热炉的空气入口和烟气出口连通。

本实施例的燃烧蓄热加热炉包括第一燃烧蓄热加热炉2和第二燃烧蓄热加热炉3的结构相同，呈并列式连接，具体是：参见图2，该第一燃烧蓄热加热炉2包括有炉体2-1，该炉体2-1采用耐火保温材料组合构成，其结构可参见水煤气造气炉的炉体2-1结构。在炉体2-1的顶部加工有进料口和烟气出口，在进料口上安装有自动加焦机2-2，与块煤排料管道连通，通过自动加焦机2-2将炉体2-1内装满半焦。在烟气出口上安装有通气管道，该通气管道通过T型接头分别与烟气管道和煤气管道连通，在烟气管道上安装有第一烟气控制阀5，该阀采用普通市售插板阀，通过该第一烟气控制阀5与焚烧炉1的烟气入口连通。在煤气管道上安装有第一煤气进气阀4，该煤气进气阀采用市售座板阀，通过该第一煤气进气阀4控制炉体2-1内的煤气输送。在炉体2-1的底部中心加工有气体流通口，在气体流通口上安装有向外延伸的气体流通管道2-5，该气体流通管道2-5可以利用T形接头分别与第一空气控制阀6、第一蒸汽控制阀7以及第一煤气排气阀8连通，即通过安装在管道上的第一空气控制阀6与焚烧炉1的空气出口连通，使焚烧炉1预热的空气从炉体2-1底部进入炉内助燃半焦；通过安装在管道上的第一蒸汽控制阀7与蒸汽管道连通，可以向炉体2-1内通入高温蒸汽，利用蒸汽与炉内氧气置换，将氧气从炉内排出，有效避免炉内温度过高，发生爆炸等危害；通过安装在煤气排放管上的第一煤气排气阀8与高温煤气排放管连通，将加热后的高温煤气从炉体2-1排出。在炉底上安装有旋转式灰盘2-6，该旋转式灰盘2-6结构与普通水煤气造气炉的结构相同，具体结构是：多层灰篦片交错相叠，在灰篦底座上加工有与炉体2-1底部的气体流通口连通的通气孔，该灰篦底座安装在一个平盘上，该平盘下端面上还固定连接有大齿轮，该大齿轮与安装在炉底的减速电机输出轴上的小齿轮啮合，由电机驱动小齿轮带动大齿轮转动，大齿轮带动平盘转动，使灰篦转动带动炉内灰渣转动下落。在炉体2-1内壁的下侧焊接有4个破渣条2-3，破渣条2-3与可旋转的灰篦正对，当灰篦转动时带动灰渣转动，与破渣条2-3接触，经破渣条2-3将灰渣粉碎，防止其结块。在上述旋转式灰盘2-6的下方炉底两侧设置有灰斗2-4，旋转式灰盘2-6转动，带动灰渣转动沿着平盘的边沿下落至灰斗2-4中收集。同理，第二燃烧蓄热加热炉3的结构与第一燃烧蓄热加热炉2的结构相同，该第二燃烧蓄热加热炉3的炉体2-1顶部进料口页安装有自动加焦机2-2，通过管道与块煤排料管道连通，即与第一燃烧蓄热加热炉2并列连接在块煤排料管道上。第二燃烧蓄热加热炉3的炉体顶部烟气出口通过第二烟气控制阀10与焚烧炉1的烟气入口连通、通过第二煤气进气阀9与低温煤气管道连通，同时，第二燃烧蓄热加热炉3的炉体2-1底部的气体流通管道2-5分别通过第二空气控制阀11与焚烧炉1的空气出口连通、通过第二蒸汽控制阀12与蒸汽管道连通、通过第二煤气排气阀13与高温煤气排放管连通。

从上述第一燃烧蓄热加热炉2的第一煤气排气阀8和第二燃烧蓄热加热炉3的第二煤气排气阀13排出的高温煤气还通过煤气调节阀14与低温煤气管道连通，利用低温煤气将其所排出的高温煤气降温后排出。

用上述的加热系统对煤气加热的方法由以下步骤实现：

(1)在第一燃烧蓄热加热炉2和第二燃烧蓄热加热炉3内装满半焦，切断第一煤气进气阀4、第二煤气进气阀9以及第一煤气排气阀8、第二煤气排气阀13，关闭第一蒸汽控制阀7和第二蒸汽控制阀12，打开第一烟气控制阀5、第二烟气控制阀10以及第一空气控制阀6、第二空气控制阀11，即保持煤气通路和蒸汽通路关闭，空气通路打开，点燃第一燃烧蓄热加热炉2和第二燃烧蓄热加热炉3的半焦，将经焚烧炉1预热的空气鼓入炉内助燃，使炉内的半焦燃烧至温度达到950℃；

(2)关闭第一空气控制阀6、第二空气控制阀11，断开第一燃烧蓄热加热炉2和第二燃烧蓄热加热炉3的空气通路，打开第一燃烧蓄热加热炉2炉体2-1底部的第一蒸汽控制阀7，向第一燃烧蓄热加热炉2炉内排入蒸汽，利用下进上出的蒸汽与炉内氧气置换，将氧气随着烟气从炉顶排出，在焚烧炉1内燃掉可燃成分后排出，直至烟气出口处的氧含量小于出口气体体积数的1.5％；

(3)炉内空气置换完毕后，关闭第一燃烧蓄热加热炉2炉体2-1底部的第一蒸汽控制阀7和顶部的第一烟气控制阀5，打开第一燃烧蓄热加热炉2炉体2-1底部的第一煤气排气阀8和顶部的第一煤气进气阀4，即蒸汽通路断开，煤气通路打开，向第一燃烧蓄热加热炉2炉内输入低温煤气，利用炉内950℃高温的半焦作为蓄热体对低温煤气进行热交换，使低温煤气直接加热变为高温煤气，从炉体2-1内排出；

(4)打开煤气调节阀14，使从第一燃烧蓄热加热炉2排出高温煤气与低温煤气混合降温至750℃后排出；

(5)打开第二燃烧蓄热加热炉3炉体2-1底部的第二蒸汽控制阀12，向第二燃烧蓄热加热炉3炉内排入蒸汽，利用下进上出的蒸汽与炉内氧气置换，将氧气随着烟气从炉顶排出，在焚烧炉1内燃掉可燃成分后排出，直至烟气出口处的氧含量小于出口气体体积数的1.5％；

(6)在第二燃烧蓄热加热炉3中重复步骤(3)和(4)的操作；

(7)在保持总气量不变的情况下，重复上述步骤(1)～(6)，使第一燃烧蓄热加热炉2和第二燃烧蓄热加热炉3切换工作，实现煤气连续加热。

实施例2

本实施例的燃烧蓄热加热炉是1台，其具体的构造与实施例1中的第一燃烧蓄热加热炉2结构相同，其具体的连接方式是：该燃烧蓄热加热炉包括有炉体2-1，在炉体2-1的顶部加工有进料口和烟气出口，在进料口上安装有自动加焦机2-2，与块煤排料管道连通，通过自动加焦机2-2将炉体2-1内装满半焦。在烟气出口上安装有通气管道，该通气管道通过T型接头分别与烟气管道和煤气管道连通，在烟气管道上安装有烟气控制阀，该阀采用普通市售插板阀，通过该烟气控制阀与焚烧炉1的烟气入口连通。在煤气管道上安装有煤气进气阀，该煤气进气阀采用市售座板阀，通过该煤气进气阀控制炉体2-1内的煤气输送。在炉体2-1的底部中心加工有气体流通口，在气体流通口上安装有向外延伸的气体流通管道2-5，该气体流通管道2-5可以利用T形接头分别与空气控制阀、蒸汽控制阀以及煤气排气阀连通，即通过安装在管道上的空气控制阀与焚烧炉1的空气出口连通，使焚烧炉1预热的空气从炉体2-1底部进入炉内助燃半焦；通过安装在管道上的蒸汽控制阀与蒸汽管道连通，可以向炉体2-1内通入高温蒸汽，利用蒸汽与炉内氧气置换，将氧气从炉内排出，有效避免炉内温度过高，发生爆炸等危害；通过安装在煤气排放管上的煤气排气阀与高温煤气排放管连通，将加热后的高温煤气从炉体2-1排出。

用上述的加热系统对煤气加热的方法由以下步骤实现：

(1)在燃烧蓄热加热炉内装满半焦，切断煤气进气阀以及煤气排气阀，关闭蒸汽控制阀，打开烟气控制阀以及空气控制阀，即保持煤气通路和蒸汽通路关闭，空气通路打开，点燃燃烧蓄热加热炉的半焦，将经焚烧炉1预热的空气鼓入炉内助燃，使炉内的半焦燃烧至温度达到1000℃；

(2)关闭空气控制阀，断开燃烧蓄热加热炉的空气通路，打开燃烧蓄热加热炉炉体底部的蒸汽控制阀，向燃烧蓄热加热炉炉内排入蒸汽，利用下进上出的蒸汽与炉内氧气置换，将氧气随着烟气从炉顶排出，在焚烧炉1内燃掉可燃成分后排出，直至烟气出口处的氧含量小于出口气体体积数的1.5％；

(3)炉内空气置换完毕后，关闭燃烧蓄热加热炉炉体底部的蒸汽控制阀和顶部的烟气控制阀，打开燃烧蓄热加热炉炉体底部的煤气排气阀和顶部的煤气进气阀，即蒸汽通路断开，煤气通路打开，向燃烧蓄热加热炉炉内输入低温煤气，利用炉内1000℃高温的半焦作为蓄热体对低温煤气进行热交换，使低温煤气直接加热变为高温煤气，从炉体内排出；

(4)打开煤气调节阀14，使炉体2-1排出的高温煤气与低温煤气混合降温至750℃后排出，进入界外的热解炉热解。

实施例3

本实施例的燃烧蓄热加热炉共设置4台，即包括第一燃烧蓄热加热炉2、第二燃烧蓄热加热炉3、第三燃烧蓄热加热炉以及第四燃烧蓄热加热炉，4台燃烧蓄热加热炉并列连接在各管道上，每台燃烧蓄热加热炉的连接方式与上述实施例1中的第一燃烧蓄热加热炉2的连接方式相同，其他的控制阀以及其他部件均与实施例1相同。

用该系统实现煤气加热的方法与上述实施例1相同，只是4台燃烧蓄热加热炉切换使用，连续运行，保证总气量不变。

上述实施例中的半焦燃烧温度还可以在900～1000℃范围内任意调整，设定炉温即可，其对煤气加热的效果差异较小，在该范围内的任意温度点均可实现本发明的技术目的。而且燃烧蓄热加热炉的数目可以根据实际处理气量以及处理规模进行调整，还可以单台设置或者多设置几台，其不仅限于上述的实施情形。

此外，上述实施例中未详细说明的传动方式、连接方式以及连接件等均属于常规知识，对于本领域技术人员均可获知的，不属于本发明的技术创新。

Claims (6)

1.一种煤气直接加热的系统，其特征在于：该系统包括用于预热空气的焚烧炉(1)和至少1个燃烧蓄热加热炉；

所述燃烧蓄热加热炉的顶部进料口通过管道与块煤排料管道连通、烟气出口分别通过安装在烟气管道上的烟气控制阀与焚烧炉的烟气入口连通、通过安装在煤气管道上的煤气进气阀与低温煤气管道连通，该燃烧蓄热加热炉的底部通过安装在管道上的空气控制阀与焚烧炉的空气出口连通、通过安装在管道上的蒸汽控制阀与蒸汽管道连通、通过安装在煤气排放管上的煤气排气阀与高温煤气排放管连通；

上述高温煤气排放管通过煤气调节阀(14)与低温煤气管道连通。

2.根据权利要求1所述的煤气直接加热的系统，其特征在于：所述每个燃烧蓄热加热炉包括炉体(2-1)，在炉体(2-1)的顶部加工有进料口和烟气出口，在进料口上安装有自动加焦机(2-2)，在炉底中心加工有气体流通口，在气体流通口上安装有气体流通管道(2-5)，在炉底上设置有旋转式灰盘(2-6)，在旋转式灰盘(2-6)的下方炉底两侧设置有灰斗(2-4)。

3.根据权利要求2所述的煤气直接加热的系统，其特征在于：在炉体(2-1)下侧壁上设置有破渣条(2-3)，破渣条(2-3)在炉体(2-1)内沿着圆周方向平均分布。

4.根据权利要求1或2或3所述的煤气直接加热的系统，其特征在于：所述燃烧蓄热加热炉是并列连接的2～4台。

5.一种用权利要求1所述系统实现煤气加热的方法，其特征在于该方法由以下步骤实现：

(1)关闭煤气通路和蒸汽通路，打开空气通路，向燃烧蓄热加热炉中鼓入预热的空气助燃，使炉内的半焦燃烧至温度达到900～1000℃；

(2)断开空气通路，打开蒸汽通路，向燃烧蓄热加热炉炉内排入蒸汽，利用蒸汽与炉内氧气置换，将氧气随着烟气从炉顶排出，在焚烧炉(1)内燃掉可燃成分后排出，直至烟气出口处的氧含量小于出口气体体积数的1.5％，完成置换；

(3)关闭蒸汽通路和空气通路，打开煤气通路，向燃烧蓄热加热炉炉内输入低温煤气，利用炉内的高温半焦作为蓄热体对低温煤气直接加热，使低温煤气变成高温煤气从炉体(2-1)内排出；

(4)换热后的高温煤气从燃烧蓄热加热炉排出后与低温煤气混合，利用低温煤气调节其温度，使其降温后排出。

6.根据权利要求5所述的煤气加热方法，其特征在于：所述燃烧蓄热加热炉是并列连接的2～4台，并采用连续式运行方式。